EP0913626A1 - Lichtleitplatte - Google Patents
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- EP0913626A1 EP0913626A1 EP98112376A EP98112376A EP0913626A1 EP 0913626 A1 EP0913626 A1 EP 0913626A1 EP 98112376 A EP98112376 A EP 98112376A EP 98112376 A EP98112376 A EP 98112376A EP 0913626 A1 EP0913626 A1 EP 0913626A1
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
- G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
Definitions
- the invention relates to a light guide plate according to the preamble of claim 1.
- Light guide plates are widely used to display symbols or information in department stores, railway stations, airfield buildings, etc. from light sources that are almost invisible to the viewer to illuminate. Light guide plates can also be found in automotive fittings and automotive instruments Application. In doing so, a light source is inserted into one side along a light guide plate edge extending bracket housed so that the light is perpendicular from a boundary edge enters the light guide plate and is determined by total reflection parallel to this surface to be led. A light emerges from the light guide plate only where the light rays at a steeper angle than the critical angle of total reflection on the surfaces the light guide plate, which is usually only at the opposite of the light entry Cut edge of the light guide plate is given, as far as its surface is approximately perpendicular to Beam spread direction is.
- the object of the invention is to design the light guide plate so that unwanted interference total reflection on the surface of the light guide plate can be avoided.
- the transparent cover layer has a smaller refractive index than that Light guide plate material, but it is larger than the refractive index of the surrounding air space, thus a total reflection at the interface between the light guide plate and Cover layer can take place.
- the desired symbols can, for example, not be provided with a covering layer Back of the light guide plate can be accommodated or in corresponding recesses in the Top layer on the front. It is also possible to apply the symbols before applying Apply the top layer and subsequently cover the entire surface using the symbols and to apply the free areas of the light guide plate, both front and Back of the light guide plate coated or both sides can be covered.
- the symbols can be of one or different colors.
- the setting of for the necessary refractive indices can be used by suitable doping of the applied ones Layers or the coating agent, usually by introducing very fine metal oxide particles with diameters in the range of 0.1 to 1 nm is achieved.
- Coatings themselves can be, for example, by vapor deposition, sputtering or Screen printing with subsequent curing process can be applied. But it is also possible to separate such layers from the liquid phase and to reform them by hydrolysis and harden during subsequent annealing.
- a transparent light guide plate identified by 1 in FIG. 1 has a transparent upper cover layer 3 on its surface 2 and a transparent lower cover layer 5 on its lower surface 4, as a result of which boundary layers or interfaces 6 are formed.
- Illuminated symbols 9 are located on the light guide surface 4, for example under the top cover layer 3 (FIG. 2). If the functional condition that the refractive index n 2 of the cover layers 3, 5 is smaller than the refractive index n 1 of the light guide plate 1 is retained, this refractive index n 2 of the upper and lower cover layers 3, 5 can be selected between 1.0 and 1.9.
- the refractive indices required for the application can be set by suitable doping of the applied layers 3, 5 or the coating agents.
- the coating of the light guide plate surfaces 2, 4 with the transparent cover layers 3, 5 is carried out by vapor deposition of the cover layer material, but can also be carried out by sputtering or known screen printing with subsequent curing process.
- Another possibility is to separate the coating from the liquid phase and to reform by hydrolysis and to harden in a subsequent annealing.
- metals and / or metal oxides are used. Own them small dimensions compared to the wavelength range of visible light and have preferably only a few nm diameter.
- the layer thickness of the cover layer 3, 5 corresponds at least one light wavelength, but preferably 1 to 10 microns.
- the transparent cover layer 3, 5 for the symbols 9 can have cutouts exhibit.
- the cover layer 3 can only be applied to this, so that the cover layer 5 is omitted.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lichtleitplatte, bestehend aus Glas oder Kunststoff und mit aufgesetzten Symbolen, zur Verteilung von Lichtstrahlen. Bei bekannten Lichtleitplatten (1) werden die Lichtstrahlen (10) durch Totalreflexion in der Lichtleitplatte (1) geführt. An den Stellen, wo sich die Symbole (9) befinden, wird diese Totalreflexion aufgehoben, so daß die Symbole (9) beleuchtet werden. Die Totalreflexion wird jedoch auch durch Staub- und Schmutzpartikel gestört, die somit beleuchtet werden, was unerwünscht ist. Hiergegen wird durch Aufbringung einer zusätzlichen, transparenten Deckschicht (3, 5) auf die Lichtleitplattenoberfläche (2, 4) eine zusätzliche Grenzfläche (6) geschaffen, an der die Totalreflexion der Lichtstrahlen (10) erfolgt, so daß diese nicht bis zur anderen Grenzschicht zwischen der Deckschicht (3, 5) und der Luft gelangen. Diese Deckschicht (3, 5) weist einen kleineren Brechungsindex n als die Lichtleitplatte (1) auf, jedoch einen größeren als die umgebende Luft. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtleitplatte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Lichtleitplatten werden vielfach angewandt, um Symbole oder Hinweise in Kaufhäusern,
Bahnhöfen, Flugplatzgebäuden usw. von für den Betrachter nahezu unsichtbaren Lichtquellen
zu beleuchten. Lichtleitplatten finden auch in Kfz-Armaturen und Kfz-Instrumenten
Anwendung. Dabei wird eine Lichtquelle in eine einseitig längs einer Lichtleitplattenkante
verlaufende Halterung untergebracht, so daß das Licht senkrecht von einer Begrenzungskante
in die Lichtleitplatte eintritt und parallel zu dieser Oberfläche durch Totalreflexion bestimmt
geführt wird. Ein Lichtaustritt aus der Lichtleitplatte erfolgt nur dort, wo die Lichtstrahlen
unter steilerem Winkel als dem Grenzwinkel der Totalreflexion auf die Oberflächen
der Lichtleitplatte treffen, was in der Regel nur an der dem Lichteintritt gegenüberliegenden
Schnittkante der Lichtleitplatte gegeben ist, soweit ihre Oberfläche annähernd senkrecht zur
Strahlausbreitungsrichtung liegt. Die diskrete Beleuchtung der auf der Lichtleitplattenoberfläche
aufgebrachten Symbole oder Hinweise erfolgt durch Störung der Totalreflexion an
der Lichtleitplattenoberfläche durch streuende Beschichtungen, die zum Beispiel als teilweise
transparente Streukörper enthaltende Lacksctuchten auf die Lichtleitplattenoberfläche
aufgebracht werden. Hierdurch werden entsprechend aufgedruckte Symbole oder Schriftzeichen
leuchtend sichtbar, da an diesen Stellen die Totalreflexionsbedingung gestört wird.
Nachteilig wirkt sich im Gegensatz zur erwünschten Aufhellung von Schriftzeichen das
durch gleichen Mechanismus ausgelöste Sichtbarwerden von Staub- bzw. Schmutzpartikeln
aller Art auf der Oberfläche der Lichtleitplatte aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Lichtleitplatte so zu gestalten, daß ungewollte Störungen
der Totalreflexion an der Lichtleitplattenoberfläche vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst.
Durch das Aufbringen einer zusätzlichen transparenten Deckschicht auf die Lichtleitplattenoberfläche
wird eine weitere Grenzfläche vor der ursprünglich liegenden Grenzfläche zur
Luft geschaffen. Dadurch erfolgt die Totalreflexion bereits an dieser neuen Grenzfläche und
alle Partikel auf der nun durch die Deckschicht gebildeten Oberfläche erscheinen nicht mehr
erleuchtet. Die transparente Deckschicht besitzt einen kleineren Brechungsindex als das
Lichtleitplattenmaterials, er ist jedoch größer als der Brechungsindex des umgebenden Luftraumes,
damit bereits eine Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Lichtleitplatte und
Deckschicht erfolgen kann.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die gewünschten Symbole können auf der zum Beispiel nicht mit Deckschicht versehenen
Rückseite der Lichtleitplatte untergebracht werden oder in entsprechende Aussparungen der
Deckschicht auf der Vorderseite. Es ist auch möglich, die Symbole vor Aufbringung der
Deckschicht aufzubringen und die Deckschicht nachträglich ganzflächig über die Symbole
und die freien Bereiche der Lichtleitplatte aufzutragen, wobei sowohl Vorder- wie auch
Rückseite der Lichtleitplatte beschichtet oder auch beide Seiten so bedeckt werden können.
Die Symbole können dabei ein- oder auch verschiedenfarbig sein. Die Einstellung der für
die Anwendung erforderlichen Brechungsindizes gelingt durch geeignete Dotierung der aufgebrachten
Schichten oder der Beschichtungsmittel, die üblicherweise durch Einbringen sehr
feiner Metalloxydpartikel mit Durchmessern im Bereich von 0,1 bis 1 nm erreicht wird. Die
Beschichtungen selbst können beispielsweise durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung oder
Siebdruck mit nachfolgendem Aushärteprozeß aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich,
solche Schichten aus der flüssigen Phase abzuscheiden und durch Hydrolyse umzuformen
und bei nachfolgendem Tempern auszuhärten.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigt:
eine perspektivische Schnittdarstellung einer Lichtleitplatte,
eine Schnittdarstellung II-II aus Fig. 1.
Eine in Fig. 1 mit 1 gekennzeichnete transparente Lichtleitplatte weist an ihrer Oberfläche 2
eine transparente obere Deckschicht 3 auf und an ihrer unteren Oberfläche 4 eine transparente
untere Deckschicht 5, wodurch Grenzschichten bzw. Grenzflächen 6 gebildet werden.
Eine Lichtquelle 7, beispielsweise eine LED, liegt an einer Einkoppelfläche 8 der Lichtleitplatte
1 an. Beleuchtete Symbole 9 befinden sich auf der Lichtleitplattenoberfläche 4
beispielsweise unter der oberen Deckschicht 3 (Fig. 2). Bei Einbehaltung der Funktionsbedingung,
daß der Brechungsindex n2 der Deckschichten 3, 5 kleiner als der Brechungsindex
n1 der Lichtleitplatte 1 ist, kann dieser Brechungsindex n2 der oberen und unteren Deckschichten
3, 5 zwischen 1,0 und 1,9 gewählt werden. Dieser Bereich ergibt sich aus den
bekannten Berechnungsindizes von Luft nL = 1,0 und der Lichtleitplatte 1 n1 = 1,4 bis 1,9,
wobei das Lichtleitplattenmaterial 11 ein Glas oder Kunststoff ist. Die Einstellung der für
die Anwendung erforderlichen Brechungsindizes ist durch geeignete Dotierung der aufgebrachten
Schichten 3, 5 oder der Beschichtungsmittel möglich.
Wird durch die Lichtquelle 7 das Licht 10 strahlenförmig in die Einkoppelfläche 8 eingeleitet,
so erfolgt an der oberen und unteren Deckschicht 3, 5 die Totalreflexion, wodurch die
Lichtstrahlen 10 kontinuierlich in der Lichtleitplatte 1 weitergeleitet werden. Diese Totalreflexion
findet dadurch statt, daß die Lichtstrahlen 10 vom optisch dichteren Medium Lichtleitplattenmaterial
11 kommend, auf die Grenzflächen 6 des optisch dünneren Mediums
Deckschicht 3, 5 treffen. An den Stellen, an denen sich die Symbole 9 befinden, wird die
Totalreflexion durch die bereits erwähnten Streukörper in oder an den Symbolen 9 aufgehoben.
Die Beschichtung der Lichtleitplattenoberflächen 2, 4 mit den transparenten Deckschichten
3, 5 erfolgt durch Aufdampfen des Deckschichtmaterials, kann aber auch durch Kathodenzerstäubung
oder bekanntem Siebdruck mit nachfolgendem Aushärtprozeß aufgebracht werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Beschichtung aus der flüssigen Phase abzuscheiden
und durch Hydrolyse umzuformen und bei einem nachfolgenden Tempern auszuhärten.
Bei der Einstellung des Brechungsindex der Deckschicht 3, 5 mittels Dotierung
werden feine Reaktionspartner, Metalle und/oder Metalloxyde verwendet. Diese besitzen
kleine Abmessungen gegenüber dem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts und besitzen
vorzugsweise nur einige nm-Durchmesser. Die Schichtdicke der Deckschicht 3, 5 entspricht
mindestens einer Lichtwellenlänge, vorzugsweise jedoch 1 bis 10 µm.
Es versteht sich von selbst, daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens Änderungen
möglich sind. So kann die transparente Deckschicht 3, 5 für die Symbole 9 jeweils Aussparungen
aufweisen.
Wird die Totalreflexion nur auf der oberen Lichtleitplattenoberfläche 2 gewünscht, braucht
die Deckschicht 3 nur auf diese aufgebracht werden, so daß die Deckschicht 5 entfällt.
Claims (7)
- Lichtleitplatte mit aufgebrachten symbolartigen Schriftzeichen und einer Beleuchtungseinrichtung zur Einkopplung eines Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitplatte (1) an ihrer Lichtleitplattenoberfläche (2, 4) eine transparente Deckschicht (3, 5) mit einem optisch dünneren Medium als die Lichtleitplatte (1) aufweist, wodurch an einer sich zwischen der Lichtleitplattenoberfläche (2, 4) und Deckschicht (3, 5) bildenden Grenzfläche (6) eine Totalreflexion eintritt.
- Lichtleitplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitplattenmaterial (11) ein Glas ist.
- Lichtleitplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitplattenmaterial (11) ein Kunststoff ist.
- Lichtleitplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3, 5) einen Brechungsindex größer 1,0 von Luft und kleiner 1,9 des Lichtleitplattenmaterials besitzt.
- Lichtleitplatte nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3, 5) eine Schichtdicke von mindestens einer Lichtwellenlänge aufweist, vorzugsweise von 1 - 10 µm.
- Lichtleitplatte nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3, 5) fein verteilte Metalle und/oder Metalloxyde aufweist, durch die der Brechungsindex eingestellt wird.
- Lichtleitplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die feinverteilten Metall und Metalloxyde kleine Abmessungen gegenüber dem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts haben und vorzugsweise nur einige nm-Durchmesser besitzen.
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